Associer deux additifs au lieu d'un pour faciliter l'incorporation du lithium au sein des condensateurs :c'est la solution proposée par les chercheurs de l'Institut des matériaux Jean Rouxel (CNRS/Université de Nantes), en collaboration avec Münster Electrochemical Energy Technology (Université de Münster, Allemagne), afin de promouvoir le low-cost, Facile, et le développement efficace des condensateurs lithium-ion utilisés pour stocker l'énergie électrique. Cette recherche, Publié dans Matériaux énergétiques avancés le 5 juin 2019, permettra la commercialisation de masse de ces composants.

Les systèmes de stockage électrochimique de l'électricité jouent un rôle central dans l'intégration des sources d'énergie renouvelables, et sont sur le point de reprendre le secteur de l'électromobilité. Il existe deux solutions pour stocker cette énergie :les batteries lithium-ion, qui ont l'avantage d'une grande capacité de stockage, et condensateurs, qui ont moins de capacité, mais peut charger et décharger très rapidement un grand nombre de fois. Les condensateurs lithium-ion (LIC) combinent le meilleur des deux mondes.

Les matériaux qui composent les condensateurs lithium-ion ne contiennent pas d'ions lithium (ou d'électrons), contrairement aux piles. Il faut donc procéder à une étape de prélithiation afin de les ajouter, afin que l'appareil puisse fonctionner. Deux grandes stratégies sont aujourd'hui utilisées :soit l'un des matériaux constitutifs du condensateur est prélithié avant son intégration, ou un additif riche en ions lithium les redistribuera parmi les matériaux du condensateur lors de la première charge. Or ces méthodes sont coûteuses et complexes, et peut diminuer la capacité de l'appareil. Quoi de plus, la plupart des additifs de prélithiation disponibles se détériorent au contact de l'air et/ou des solvants utilisés pour la fabrication des condensateurs lithium-ion. En bref, même si certaines des solutions proposées fonctionnent aujourd'hui, il n'y a pas de "recette miracle" performante, robuste, Facile, et pas cher.

Chercheurs de l'Institut des matériaux Jean Rouxel1 (CNRS/Université de Nantes), en collaboration avec Münster Electrochemical Energy Technology (Université de Münster), a relevé ce défi en utilisant non pas un mais deux additifs couplés par des réactions chimiques consécutives. Leur analyse montre que le principal obstacle aux approches antérieures était l'utilisation d'un seul additif, qui devait non seulement fournir des ions lithium et des électrons, mais aussi remplir toutes les conditions de prix, stabilité chimique, et performances. L'utilisation de deux additifs ayant chacun un rôle spécifique, l'un fournissant des ions lithium et l'autre des électrons, offre beaucoup plus de latitude, car ils peuvent être sélectionnés indépendamment pour leur prix, propriétés chimiques, et performances. Lorsqu'un condensateur lithium-ion se charge, le premier additif (pyrène, naturellement présent dans certains types de charbon) libère des électrons et des protons. Le deuxième additif, Li3PO4 (produit en série dans l'industrie du verre, par exemple), capture ces protons, et libère à son tour des ions lithium qui sont ensuite disponibles pour la prélithiation.

Un avantage supplémentaire de cette approche est qu'après la prélithiation, le résidu d'un des deux additifs utilisés, pyrène, contribue au stockage des charges, augmentant ainsi la quantité d'énergie électrique stockée dans le dispositif. L'efficacité et la polyvalence offertes par cette nouvelle approche ouvrent la voie à une solution peu coûteuse de prélithiation, résultant en des condensateurs lithium-ion qui peuvent stocker plus d'énergie. Le franchissement de cette barrière technologique devrait donc permettre une commercialisation plus rapide de ces dispositifs.